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组合干燥系统在浆料干燥中的应用

摘要：介绍了应用于浆料干燥的两种桨叶组合干燥系统，重点阐述了工艺流程及关键设备，分析了两种组合形式的特点及经济性，并列出了两种具有代表性浆料的工业应用参数。关键词：组合干燥；浆料干燥；桨叶干燥机；微粉干燥机1 前言浆料主要包括溶液、悬浮液、乳浊液等，通常湿含量大于50%，液相成分为水。要将浆料形成固体产品，干燥是除去浆料中水分的主要方式；由于各种物料的性质不同，干燥的方法也是多种多样，最常用的方法有喷雾干燥、转鼓干燥及组合干燥等。喷雾干燥就是用雾化器将料液分散成微小雾滴，雾滴漂浮在干燥室热空气中，雾滴中水分受热蒸发得到粉、颗粒状固体产品。喷雾干燥的最大特点是干燥过程在瞬间（一般不超过30s）完成，特别适用于热敏性物料的干燥。但喷雾干燥存在热效率低、设备庞大、系统复杂等缺点。在转鼓干燥中，浆状物料在一个缓慢旋转的蒸汽加热转鼓表面被干燥。浆状物料以各种方式在表面形成薄膜，一旦干燥后，薄膜会被刮下并收集起来，产品为片状。适合于转鼓干燥的浆状物料必须能粘在转鼓表面，且干燥后容易脱落，因此，转鼓干燥的适应范围小。组合干燥是根据干燥目的采用两种或两种以上的干燥机，将它们联接起来，或者在机械方面增加特殊装置，使新的装置在干燥过程中兼有不同型式干燥机的性能，达到用单一的干燥机所不能达到的目的。浆料型组合干燥系统是先通过第一个干燥机，使物料湿含量降至某一值，然后再经过第二个干燥机，使物料的含水率达到标准要求。第一个干燥机，称为一级干燥机，起预干燥作用；第二个干燥机称为二级干燥机，达到最终干燥的目的。本文介绍的浆料型桨叶组合干燥由天华化工机械及自动化研究设计院（以下简称天华院）开发，并已成功应用于靛蓝、高岭土、石油催化剂等浆料的工业干燥，其组合形式主要有两种：桨叶-桨叶组合干燥系统和桨叶-微粉组合干燥系统。2 干燥流程及设备介绍2.1 桨叶-桨叶组合干燥系统2.1.1 干燥流程桨叶—桨叶组合干燥系统的两级干燥均采用桨叶干燥机，主要用于对干燥产品的粒度没有任何限制的浆料的干燥，其干燥工艺流程见图1。该系统主要由浆料罐、浆料泵、一级桨叶干燥机、螺旋输送机、二级桨叶干燥机等设备和控制系统组成。2.1.2 干燥原理浆料储存在浆料罐中，由浆料泵送入一级桨叶干燥机预干燥，进入干燥机的浆料在饱和蒸汽的间接加热下，物料中水分的70%～90%被蒸发，使浆料由液态转变为较松散、易输送的固态半干物料；半干物料从一级干燥机的下料口流出后，由螺旋输送机送入二级桨叶干燥机继续干燥，直至达到干燥要求为止。从二级干燥机下料口排出的是粉末状的干燥产品。两级干燥机蒸发出的水蒸汽分别由各自顶部的载气出口自然排空。2.1.3 设备介绍（1） 桨叶干燥机 桨叶干燥机是天华化工机械及自动化研究设计院（以下简称天华院）的国产化技术成果，已广泛应用于聚丙烯粉末、纳米碳酸钙、超细氧化铝、分子筛、PVA、SAN等物料的干燥。这是一种体积小、传热面积大的间接加热型干燥设备，是本干燥工艺的关键设备，由驱动装置、壳体、桨叶轴、机架等部件组成，其结构见图2。由楔形叶片和空心轴组成的桨叶轴是桨叶干燥机的心脏，桨叶轴内流道设计独特、巧妙，是主要的传热面。该桨叶干燥机的主要特点是：①结构紧凑，占地面积小；②强化传热，热效率高，干燥效果好；③桨叶可相互啮合，对物料具有自清理作用；④物料不易结块；⑤物料适应性广，操作弹性大；⑥由于干燥时蒸发出的水分自然排空，所以粉尘夹带少，除尘设备简单；⑦操作费用省。（2） 其它辅助设备 辅助设备主要包括浆料罐、浆料泵、螺旋输送机、星型卸料器等，介绍从略。2.2 桨叶-微粉组合干燥系统2.2.1 干燥流程桨叶—微粉组合干燥系统的一级干燥采用桨叶干燥机，二级干燥采用微粉干燥机。它与桨叶—桨叶组合干燥系统的最大区别在于该组合干燥流程的产品粒度是可控的；目前天华院开发的桨叶-微粉组合干燥的产品表观粒度可控制到1μm以下。其干燥工艺流程见图3。该系统主要由浆料罐、浆料泵、一级桨叶干燥机、螺旋输送机、二级微粉干燥机、空气加热器、除尘器、风机和控制系统等组成。2.2.2 干燥原理浆料储存在浆料罐中，由浆料泵送入一级桨叶干燥机预干燥，进入干燥机的浆料在饱和蒸汽的间接加热下，70%～90%的水分被蒸发，使浆料由液态转变为较松散、易输送的固态半干物料；半干物料由螺旋输送机送入二级微粉干燥机进行打散、热风干燥与机内分级；符合要求的干微粉进入旋风分离器和脉冲袋式除尘器进行分离和收集，得到一定粒度范围内的粉状物料。一级干燥机蒸发出的水蒸汽由顶部的载气出口自然排空，二级干燥机蒸发出的水蒸汽随除尘尾气排出。微粉干燥机干燥所需要的热风由空气加热器加热冷空气得到，也可以采用工厂的烟道气等其它热气体。2.2.3 设备介绍⑴ 桨叶干燥机 如前所述。⑵ 微粉干燥机 微粉干燥机是天华院开发的专利产品（专利号为ZL02262102.4），它是集干燥、破碎、分级为一体的多功能干燥机，主要由回转搅拌器、筒体和分级器三个关键部件组成，其结构原理见图4。湿物料经加料器进入干燥机后，被回转搅拌器打散、破碎；回转搅拌器的型式不同，对物料的破碎程度也不同。回转搅拌器的主要作用是将团聚物料打散，使团聚的大颗粒变成粒径符合要求的产品。回转搅拌器也对热风在干燥机内的流动产生影响，其转动过程可改变热风运动方向，从而使物料以旋转的方式向上移动，进入干燥机的分级器。微粉干燥器的分级器为离心机械式气流分级机械，它依靠叶轮高速旋转形成的离心力场使细颗粒与粗颗粒分开；粒径符合要求的物料经过分级器，由热风送入旋风和袋式除尘器作为合格产品回收；粒径大于要求的物料在离心力的作用下，撞击在设备筒体内壁后返回底部，在回转搅拌器和热风的作用下进一步干燥破碎，直至合格后进入后续的收集装置。 ⑶ 旋风分离器 旋风分离器是气固分离的常用设备。 ⑷ 袋式除尘器 袋式除尘器是本干燥工艺的关 键设备之一。由于微粉干燥机干燥后的粉末粒度小， 粉尘夹带量大，如果采用普通的布袋除尘，难以将粉尘完全捕集，会造成环境污染；为达到完全除尘的目的，在本工艺中采用复膜滤布进行除尘。⑸ 其它辅助设备 辅助设备包括浆料罐、浆料泵、螺旋输送机、鼓风机、引风机、空气加热器等设备，介绍从略。3 特点及经济性3.1 桨叶—桨叶组合干燥系统桨叶—桨叶组合干燥系统的特点及经济性主要表现在以下几个方面：⑴系统占地面积小, 设备总投资少 桨叶—桨叶组合干燥系统的关键设备为两台桨叶干燥机，其它附属设备少，因此，该系统结构紧凑、占地面积小；此外，该系统将常规的过滤和干燥两个单元组合到一起，降低了设备总投资，节约了产品的前期投资成本。⑵能耗低, 操作费用省 由于桨叶干燥机属热传导型干燥机，其热效率较热风型干燥高得多，对于浆料一类高水分物料的干燥，其热效率可达90%，操作费用仅为气流干燥的30%，因此，可以大幅度降低产品的加工成本。⑶设备操作弹性大, 运行平稳可靠 采用桨叶干燥有多种手段控制干燥程度, 进料量的小范围波动不会影响最终产品的湿含量，而且由于附属设备少, 因此操作简单，相应操作人员也少。⑷应用有一定范围 该系统主要应用于对最终产品的粒度没有特殊要求的浆料干燥工艺中。3.2 桨叶—微粉组合干燥系统桨叶—微粉组合干燥系统综合了传导型和热风型干燥的优点，其特点及经济性主要表现在以下几个方面：⑴经济、合理 采用该干燥工艺，将制备粉末的过滤、干燥、粉碎单元合三为一，大大节约了设备投资及操作费用，降低了粉末的生产成本。⑵节约能源 由于桨叶干燥机用于干燥80%以上的水分，且桨叶干燥机的热效率可达90%以上，因此，微粉干燥阶段消耗的空气量很少，因而能耗比较低。⑶没有环境污染 在该工艺中一级干燥阶段的产品为半干物料，且进入桨叶干燥机的空气只起携带水分的作用，进气量很小，没有粉尘夹带，可直接排出；而二级干燥的袋式除尘器采用了复膜式滤布，可使99%以上的粉尘捕集下来，因此，解决了粉末制备过程中环境污染严重的问题。⑷产品粒度可调 由于在微粉干燥机中加入了气流分级及碎散装置，因此，产品的粒度可以控制在一定范围内，提高了产品质量。⑸应用有一定范围 该系统主要应用于对最终产品的粒度有特殊要求的浆料干燥作业。4 工业应用桨叶组合干燥系统已在靛蓝、石油催化剂、高岭土等浆料的工业干燥中应用了多套，运行效果良好。根据使用厂家核算，较使用其它类型的干燥设备降低了产品的综合成本。现举例说明两种组合形式的技术参数，分别见表1和表2。
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